Laser serat Q-switched telah digunakan dalam banyak aplikasi praktis seperti penginderaan jauh, kedokteran, komunikasi optik dan penyimpanan data optik. Laser ini biasanya diwujudkan dengan metode aktif atau pasif. Dibandingkan dengan yang aktif, teknik pasif lebih disukai karena kelebihannya dalam hal kesederhanaan, kekompakan, fleksibilitas dan desain yang murah. Laser dapat dirancang tanpa banyak pertimbangan dispersi dan nonlinier. Sampai saat ini, nanotube karbon (CNTs), cermin penyerap saturable semikonduktor (SESAMs), graphene, logam transisi dichalcogenide (TMDs) dan fosfor hitam (BP) telah telah banyak digunakan sebagai bahan SA untuk Q-switching karena keunggulannya dalam hal operasi broadband, kecepatan switching, dan sifat yang dapat direkayasa.
Baru-baru ini, minat penelitian juga bergeser ke bahan organik (OMs) dalam mencari SA yang baru. Hal ini disebabkan bahan nano anorganik yang dapat menyebabkan efek berbahaya pada kesehatan manusia, terutama di bawah paparan bahan-bahan ini dalam waktu lama. Juga, OM memiliki metode preparasi sederhana, respon nonlinier ultracepat, dan ketertalaan spektral luas. Selain itu, desain molekul serbaguna dan kontrol atas sifat fisiknya membuat bahan organik unik untuk digunakan di banyak industri seperti dioda pemancar cahaya organik (OLED), transistor film tipis, perangkat memori bi-stabil perangkat. Poli(3,4 ethylenedioxythiophene): poli(4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS) adalah salah satu bahan konduktor organik yang paling signifikan yang telah diselidiki dalam beberapa tahun terakhir untuk berbagai aplikasi. Mereka memiliki karakteristik konduktivitas yang sangat baik dan dengan demikian telah banyak dieksplorasi untuk aplikasi, seperti sel surya dan LED organik. Selain itu, film PEDOT: PSS memiliki keunggulan konduktivitas yang baik dan stabilitas termal.
Dalam artikel ini, kami mendemonstrasikan penggunaan PEDOT: PSS sebagai SA organik untuk menghasilkan pulsa Q-switched nanosekon dalam rongga laser serat (EDFL) yang didoping Erbium. Temuan tersebut mengungkapkan bahwa film SA berpotensi untuk dilakukan sebagai inisiator pulsa pada daerah 1,5 µm karena memiliki sifat saturable, penyerapan 50%, intensitas saturasi 0,14 MW/cm2, dan non-penyerapan jenuh sebesar 44%.
Pengaturan rongga PEDOT: Film tipis PSS PVA menngunakan serat panjang 2 m yang didoping erbium (EDF) (konsentrasi ion erbium: 23 dB/m, bukaan numerik: 0,16, diameter inti: 4 m) dimanfaatkan sebagai media penguatan. Total panjang rongga sekitar 8,7 m. Rongga cincin memompa penyerapan 23 dB/m pada dioda laser 980 nm (LD) melalui multiplexer divisi panjang gelombang 980/1550 (WDM). Isolator optik (ISO) digunakan untuk mencegah pantulan balik dan menjaga penyebaran berkas sinar laser searah dalam rongga laser. Pengontrol polarisasi (PC) digunakan untuk mengatur kotak polarisasi ke dalam rongga laser. Laser diarahkan ke coupler 50:50 yang disambungkan ke ujung lain EDF dan mengekstrak setengah dari luaran untuk pemantauan kinerja. Setengah sisanya dari luaran diarahkan ke PEDOT: PSS PVA film tipis, yang dimasukkan ke dalam rongga antara dua ferrules serat. Laser luaran diukur dengan menggunakan pengukur daya (OPM), osiloskop digital (OSC), penganalisis spektrum optik (OSA) dengan resolusi 0,07 nm , dan penganalisis spektrum frekuensi radio (RFSA).
Dalam riset ini, ambang batas awal daya masukan LD ke gelombang kontinu (CW) adalah 10 mW. Saat ditambah daya LD masukan, rangkaian pulsa EDFL Q-switched pasif yang stabil terlihat di ambang daya input LD 113 mW. Proses Q-switching dipertahankan dalam konfigurasi rongga karena daya masukan LD ditingkatkan hingga 250 mW. Ketika daya masukan LD meningkat melebihi 250 mW, pulsa Q-switching menjadi tidak stabil. Sebaliknya, tidak ada rangkaian pulsa yang diamati pada saat pelepasan SA dari konfigurasi rongga, hal ini menegaskan bahwa film tipis PEDOT: PSS diperlukan untuk menghasilkan spectrum luaran. Untuk menghilangkan kemungkinan pembangkitan pulsa hanya menggunakan PVA, atau pengaruh rotasi polarisasi nonlinier (NPR) di dalam rongga, film tipis PEDOT: PSS PVA diganti dengan film tipis PVA kosong. Kemudian, daya pompa ditingkatkan hingga batas maksimum LD yang berkelanjutan. Tidak ada pulsa yang diamati pada osiloskop dalam seluruh rentang daya pompa dengan menggunakan film tipis PVA kosong. Ini menegaskan bahwa operasi Q-switching tidak dapat diperoleh dengan menggunakan film tipis PVA murni atau modulasi diri fase rongga. Hasil menunjukkan bahwa karakteristik pulsa khas dari EDFL Q-switched yang telah diproduksi melalui PEDOT: PSS film PVA sebagai SA pada daya input LD 250 mW. Hasil spektrum juga mengilustrasikan rangkaian pulsa osiloskop dari laser Q-switched yang stabil. Rangkaian pulsa menunjukkan intensitas puncak yang seragam tanpa distorsi atau inkonsistensi yang menunjukkan stabilitas tinggi dari operasi Q-switching yang menunjukkan tingkat pengulangan 108,69 kHz dengan interval pulsa 9,2 µs. Hasil menunjukkan selubung pulsa tunggal dari laser Q-switched, yang menunjukkan lebar pulsa 580 ns. Spektrum luaran tipikal diperoleh melalui film SA yang dibuat dan diukur melalui OSA dengan resolusi 0,2 nm. EDFL Q-switched beroperasi pada 1568,03 nm dengan bandwidth spektral 3 dB 2,66 nm pada daya masukan LD 250 mW. Spektrum frekuensi radio (RF) juga diperoleh pada daya masukan LD 250 mW untuk membuktikan stabilitas sistem Q-switched. Laser Q-switched memiliki rasio signal-to-noise (SNR) hingga 79 dB dengan puncak RF fundamental pada 108,69 kHz.
Sebagai penutup, riset ini menunjukkan bahwa telah berhasil dilakukan pembangkitan pulsa Q-switching di rongga EDFL menggunakan SA organik berdasarkan PEDOT: PSS film PVA. EDFL Q-switched pasif beroperasi pada 1568,03 nm dan menghasilkan rangkaian pulsa nanodetik yang dioperasikan pada laju pulsa maksimum 108,69 kHz serta durasi pulsa minimum 580 ns. Pada daya masukan LD 250 mW, laser menghasilkan energi pulsa tunggal 192,11 nJ dan daya luaran puncak 331,21 mW. Hasil tersebut telah memverifikasi kelayakan dan kesederhanaan PEDOT: PSS sebagai SA untuk menghasilkan rangkaian pulsa Q-switched nanosekon yang stabil.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350449521001602
Ahmed Shakir Al-Hiti, Retna Apsari, Moh Yasin, Sulaiman Wadi Harun., Nanosecond Q-switched pulse generation using poly(3,4 ethylenedioxythiophene): Poly(4-styrenesulfonate) thin film as saturable absorber.
